Микробная филогения и три домена

Сравнение консервативных молекулярных последовательностей реорганизовало древо жизни в три домена и поместило микроорганизмы в его основание, показав, что археи представляют собой линию, столь же отличную от бактерий, как и от эукариот.

Definition

Микробная филогения — это реконструкция эволюционных взаимосвязей между микроорганизмами на основе молекулярных данных, а система трех доменов — это результирующая классификация клеточной жизни на Бактерии (Bacteria), Археи (Archaea) и Эукариоты (Eukarya).

Scope

Эта тема охватывает использование рибосомальной РНК и других консервативных молекул в качестве молекулярных хронометров; построение и интерпретацию филогенетических деревьев; признание трех доменов: Бактерии (Bacteria), Археи (Archaea) и Эукариоты (Eukarya); а также значение этой структуры для классификации микробного разнообразия и вывода о глубоких эволюционных связях.

Core questions

• Как молекулярные последовательности могут выявить эволюционные взаимосвязи?
• Почему рибосомальная РНК используется в качестве молекулярного хронометра?
• Какие доказательства подтверждают существование трех доменов, а не двух?
• Как филогения влияет на классификацию микроорганизмов?

Key concepts

• Молекулярные хронометры
• Филогения рибосомальной РНК
• Филогенетические деревья
• Бактерии, Археи и Эукариоты
• Универсальное древо жизни

Key theories

Гипотеза трех доменов

Сравнения последовательностей рибосомальной РНК, проведенные Вёзе и Фоксом, показали, что археи образуют домен, отличный от бактерий и эукариот, устанавливая три основные линии клеточной жизни.

Mechanisms

Поскольку гены, такие как кодирующие рибосомальную РНК, присутствуют во всей клеточной жизни, медленно изменяются и функционально постоянны, различия в их последовательностях отражают время с момента расхождения линий. Выравнивание этих последовательностей и анализ закономерностей различий позволяют построить филогенетические деревья, которые поместили архей на отдельную ветвь как от бактерий, так и от эукариот, и привели к универсальному древу трех доменов.

Clinical relevance

Молекулярно-филогенетическая основа лежит в основе современной микробной классификации и идентификации, позволяет помещать микробы в эволюционный контекст исключительно на основе данных секвенирования и обеспечивает основу для интерпретации разнообразия, выявленного экологическим секвенированием.

History

В 1977 году Карл Вёзе (Carl Woese) и Джордж Фокс (George Fox) сообщили, что сравнения последовательностей рибосомальной РНК выделили группу, которую они назвали архебактериями (archaebacteria), из других бактерий, что привело к системе трех доменов, заменившей простую дихотомию прокариоты-эукариоты.

Key figures

• Carl Woese
• George Fox

Seminal works

• woese1977
• madigan2018

Frequently asked questions

Почему рибосомальная РНК используется для изучения микробной эволюции?

Гены рибосомальной РНК присутствуют во всех клеточных организмах, выполняют одну и ту же существенную функцию и медленно изменяются со временем. Эти свойства делают их последовательности надежными записями эволюционной истории, которые можно сравнивать между очень отдаленными линиями.